热渗耦合作用下土壤源热泵地理管换热器的数值模拟

发布时间：2020-06-23 14:04

【摘要】： 土壤源热泵是一项以节能和环保为特征的具有发展前景的空调新技术,是国际空调和制冷行业的前沿课题之一。这一技术在国外已走向成熟,但在国内尚处于研究阶段,各项工作正逐步展开,为大力推广土壤源热泵的工程应用打下良好的基础。 地下埋管换热器一直是土壤源热泵技术的研究关键,而土壤内部物理现象复杂,地下水渗流是普遍存在的一种。换热器传热性能受地下水渗流的影响,形成热渗耦合传热过程。在多孔介质理论基础上,做出相应简化,建立了热渗耦合作用下的地下埋管换热器的数学模型。采用数值模拟方法,分析了地下水渗流对埋管换热器换热性能的影响。并进一步分析了渗流存在时管内流体流量、土壤渗透率和土壤孔隙率三个与热渗耦合密切相关的参数对换热效果及土壤温度场的影响。 土壤热量恢复慢削弱了换热效率,必须给予适当的热恢复时间,间歇运行模式能满足这一要求。比较了连续运行与间歇运行两种模式在冬夏两季的换热性能,并分析了间歇运行时土壤的恢复效果,最后还探讨了系统运行周期内土壤需要的热恢复时间。为土壤源热泵系统的应用提供理论支持与技术储备。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK523
【图文】：

卜f一一一“_…_州___p_图2.1各向同性、均匀、竖直多孔体控制单元示意图为L，孔隙率为沪，如图2.1所示。设压力pZ大于p，且不随时间而变，流体自下而上流动。显然，这是单相流体通过多孔介质的一维稳态流动问题。其容积流量为q，(m3/s)，作用于流体上的作用力有:压力差所引起的作用力凡:凡一伽2一尸.孙 (2.5)重力凡:凡=p恤幼g(2.6)粘性阻力凡:凡二Q好vL(2.7)式中，c为常数(l/mZ)，它与多孔介质比面口成正比。实际上，式(2.5)就是牛顿粘性定律。对于控制体内流体的稳态流动，由力平衡分析可知:凡十凡=凡(2·8)结合连续性方程:挚·v·阵0 (2.9)将式(2.5)和(2.6)代入式(2.8)

增大了土壤与回填材料和管内流体的温度梯度，加强了传热，而地下水流动由质量输运而引起热量迁移，加快了钻井周围土壤内的热量散失速度，扩大了土壤受热影响的区域，从而使有渗流时换热效果要优于无渗流情况。 4.1.2渗流对土壤温度场的影响在有渗流的情况下，地下埋管换热器的传热途径有两种:一是多孔介质骨架和孔隙中地下水的导热;二是地下水渗流产生的对流换热。图4.2和图4.3描绘了夏季工况下是否有渗流两种情况下，系统运行24小时，土壤埋深sm深处的水平面内温度场。从图中可以看出，若盘管埋于无渗流的土壤中，其盘管周围土壤的温度分布呈中心对称，而有渗流时，土壤的温度场发生变形，上游缩小半径，下游热影响区域面积增大。由此可以明显看出地下水流动对土壤传热过程的影响，地下水流动的存在，将盘管释放的热量带向渗流下游，由此扩大了钻井下游的热影响区域。

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本文编号：2727435